Carbon partitioning in nitrogen-fixing root nodules

Stickstoff-fixierende Wurzelnknöllchen repräsentieren starke Kohlenstoff- sinks". Die Zucker- verteilung wurde in verschiedenen symbiotischen Systemen untersucht, nämlich in einer Leguminose, Medicago truncatula, und zweier Aktinorhizapflanzen, Casuarina glauca und Datisca glomerata. Die Expressionsniveaus der Gene für Saccharosesynthase (SuSy) und Zuckertransporter in Wurzeln und Knöllchen wurden verglichen. Leguminosen- und Aktinorhizasymbiosen unterscheiden sich in Bezug auf die Expression von Zuckertransportergenen: die Expression des Hexosetransportergens wurde in Knöllchen der Aktinorhizapflanzen Datisca und Casuarina im Vergleich zu Wurzeln induziert, aber in Medicago-Knöllchen stark reduziert. Das Expressionsniveau des Saccharosetransportergens war in Medicago-Knöllchen im Vergleich zu -Wurzeln reduziert.Die Enzymaktivitäten von drei Invertase-Isoformen (vakuolär, apoplastisch und cytosolisch) und von SuSy wurden in Knöllchen und Wurzeln bestimmt. Die Summe von Invertaseaktivitäten ist in Knöllchen im Vergleich zu Wurzeln in allen drei untersuchten symbiotischen Systemen stark reduziert. SuSy repräsentiert die größte Saccharose-spaltende Aktivität in Wurzeln und Knöllchen von Medicago und Datisca. In Extrakten von Datisca und Casuarina findet man eine einzige immunoreaktive SuSy-Proteinbande von etwa 92 kDa. Medicago besitzt zusätzlich ein etwas größeres SuSy-Protein in Wurzeln, aber nicht in Knöllchen. SuSy-Aktivitäten in löslichen Proteinenfraktionen von Wurzeln und Knöllchen von Medicago waren ähnlich, während die Aktivitäten in Datisca-Knöllchen niedriger waren als in Wurzeln.Die Profile löslicher Kohlenhydrate in Wurzeln und Knöllchen wurden analysiert. Zwei unbekannte Zucker wurden aus Datisca isoliert und über biochemische Methoden sowie NMR und Massenspektroskopie identifiziert. Es handelte sich um Rutinose (α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-D-Glucose) und Methyrutinose (α-L-rhamnopyranosyl-(1→6)-1-O-methyl-β-D-Glucose). Beide kamen in großen Mengen in Wurzeln, Knöllchen und Blättern von Datisca vor. Während in Knöllchen von Medicago und Casuarina Saccharose der dominierende Zucker ist, dominiert in Datisca-Knöllchen Rutinose.Die vollständigen cDNAs der Hexosetransporter aus Medicago- (MtHT) und Datisca-Knöllchen (DgHT) wurden isoliert. Basierend auf ihrer Aminosäuresequenz gehören die kodierten Proteine zu verschiedenen Hexosetransporterklassen. Die funktionelle Charakterisierung von DgHT in einem heterologen System (Hefe) zeigte, dass DgHT ein hochaffiner, energieabhängiger Monosacharidtransporter mit breiter Substratspezifität ist, wahrscheinlich ein H+-Symporter.Die Bedeutung dieser Ergebnisse für die Zuckerverteilungsmechanismen in Wurzelknöllchen wird diskutiert.